一、设备树的描述
对于设备树，其描述的信息可以分成三部分；在内核中，对设备树的处理也会分成三部分：
Linux uses DT data for three major purposes:
1) platform identification, （平台识别信息）
2) runtime configuration, and （运行时配置信息）
3) device population. （设备信息）
二、内核head.S对dtb的简单处理
u-boot把一些参数，把设备树文件传给内核，那么内核如何处理设备树文件呢？从内核的第一个启动文件head.S着手，分析其对dtb的处理。（详细的head.s的分析可参见：嵌入式Linux完全开发手册 - 移植Linux内核 - Linux内核启动概述）
bootloader启动内核时,会设置r0,r1,r2三个寄存器,由这三个寄存器将参数传给内核：
- r0一般设置为0;
- r1一般设置为machine id (在使用设备树时该参数没有被使用);
- r2一般设置ATAGS或DTB的开始地址；
这里额外介绍下machine id的作用。假设一个内核镜像uImage可以支持多种单板：
head.S分析如下：
- a. [ __lookup_processor_type ] 使用汇编指令读取CPU ID, 根据该ID找到对应的proc_info_list结构体(里面含有这类CPU的初始化函数、信息)
- b. [ __vet_atags ] 判断是否存在可用的ATAGS或DTB；
- c. [ __create_page_tables ] 创建页表, 即创建虚拟地址和物理地址的映射关系;
- d. [ __enable_mmu ] 使能MMU, 以后就要使用虚拟地址了
- e. [ __mmap_switched ] 上述函数里将会调用__mmap_switched
- f. 把bootloader传入的r2参数, 保存到变量__atags_pointer中
- g. 调用C函数start_kernel
head.S/head-common.S :
把bootloader传来的r1值, 赋给了C变量: __machine_arch_type
把bootloader传来的r2值, 赋给了C变量: __atags_pointer // dtb首地址
由此可见，head.S对dtb的处理还是比较简单的，只是将u-boot传来的R2寄存器里的值，也就是DTB的首地址赋给了内核中的C变量：__atags_pointer 。
三、内核对设备树中平台信息的处理(选择machine_desc)
- platform identification, （平台识别信息）
上面的介绍中，已经知道在以前u-boot的ATAG传参中，会传入machine id 由此来匹配machine desc；当使用dtb传参时，u-boot并不传递machine id了，内核machine desc 的依赖于dtb 根节点下的compatible属性，内核根据该属性来找到合适的machine desc。
作为内核的使用者，我们已经列出清单，期望在内核中找到支持某个单板的machine desc 。
对于内核，每个machine desc需表明能支持哪些单板；
compatible属性对machine desc的查找
a. 设备树根节点的compatible属性列出了一系列的字符串,表示它兼容的单板名，从"最兼容"到次之。
b. 内核中有多个machine_desc, 其中有dt_compat成员, 它指向一个字符串数组, 里面表示该machine_desc支持哪些单板
c. 使用compatile属性的值, 跟每一个machine_desc.dt_compat 比较,成绩为"吻合的compatile属性值的位置",成绩越低越匹配, 对应的machine_desc即被选中
分析下代码的调用流程：
从上面的分析已经知道，内核在启动后，将dtb文件的首地址保存到变量__atags_pointer中，然后调用start_kernel，接下来从start_kernel开始分析：
函数调用过程:
start_kernel // init/main.c
setup_arch(&command_line); // arch/arm/kernel/setup.c
mdesc = setup_machine_fdt(__atags_pointer); // arch/arm/kernel/devtree.c
// 判断是否有效的dtb, drivers/of/ftd.c
early_init_dt_verify(phys_to_virt(dt_phys)
initial_boot_params = params; //将dtb的地址保存在全局变量里
// 找到最匹配的machine_desc, drivers/of/ftd.c
mdesc = of_flat_dt_match_machine(mdesc_best, arch_get_next_mach);
while ((data = get_next_compat(&compat))) {
score = of_flat_dt_match(dt_root, compat);
if (score > 0 && score < best_score) {
best_data = data;
best_score = score;
}
}
machine_desc = mdesc;
四、内核对设备树中运行时配置信息的处理
- runtime configuration, （运行时配置信息）
运行时的三种配置信息总结如下：
- a. /chosen节点中bootargs属性的值, 存入全局变量： boot_command_line
- b. 确定根节点的这2个属性的值: #address-cells, #size-cells
存入全局变量: dt_root_addr_cells, dt_root_size_cells - c. 解析/memory中的reg属性, 提取出"base, size", 最终调用memblock_add(base, size);
函数调用过程:
start_kernel // init/main.c
setup_arch(&command_line); // arch/arm/kernel/setup.c
mdesc = setup_machine_fdt(__atags_pointer); // arch/arm/kernel/devtree.c
early_init_dt_scan_nodes(); // drivers/of/ftd.c
/* Retrieve various information from the /chosen node */
of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_chosen, boot_command_line);
/* Initialize {size,address}-cells info */
of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_root, NULL);
/* Setup memory, calling early_init_dt_add_memory_arch */
of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_memory, NULL);
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五、内核对设备树中设备信息的处理
- device population. （设备信息）
内核启动后，会将dtb中的所有节点转换为device_node，了解了device_node结构体和properties结构体，就可知道大致情况。
➢每一个节点都转换为一个device_node结构体:
struct device_node {
const char *name; // 来自节点中的name属性, 如果没有该属性, 则设为"NULL"
const char *type; // 来自节点中的device_type属性, 如果没有该属性, 则设为"NULL"
phandle phandle;
const char *full_name; // 节点的名字, node-name[@unit-address]
struct fwnode_handle fwnode;
struct property *properties; // 节点的属性
struct property *deadprops; /* removed properties */
struct device_node *parent; // 节点的父亲
struct device_node *child; // 节点的孩子(子节点)
struct device_node *sibling; // 节点的兄弟(同级节点)
#if defined(CONFIG_OF_KOBJ)
struct kobject kobj;
#endif
unsigned long _flags;
void *data;
#if defined(CONFIG_SPARC)
const char *path_component_name;
unsigned int unique_id;
struct of_irq_controller *irq_trans;
#endif
};
➢device_node结构体中有properties, 用来表示该节点的属性,每一个属性对应一个property结构体:
struct property {
char *name; // 属性名字, 指向dtb文件中的字符串
int length; // 属性值的长度
void *value; // 属性值, 指向dtb文件中value所在位置, 数据仍以big endian存储
struct property *next;
#if defined(CONFIG_OF_DYNAMIC) || defined(CONFIG_SPARC)
unsigned long _flags;
#endif
#if defined(CONFIG_OF_PROMTREE)
unsigned int unique_id;
#endif
#if defined(CONFIG_OF_KOBJ)
struct bin_attribute attr;
#endif
};
- a. 在DTB文件中,
每一个节点都以TAG(FDT_BEGIN_NODE, 0x00000001)开始, 节点内部可以嵌套其他节点,
每一个属性都以TAG(FDT_PROP, 0x00000003)开始 - b. 这些device_node构成一棵树, 根节点为: of_root
跟踪下代码：
函数调用过程:
start_kernel // init/main.c
setup_arch(&command_line); // arch/arm/kernel/setup.c
arm_memblock_init(mdesc); // arch/arm/kernel/setup.c
early_init_fdt_reserve_self();
/* Reserve the dtb region */
// 把DTB所占区域保留下来, 即调用: memblock_reserve
early_init_dt_reserve_memory_arch(__pa(initial_boot_params),
fdt_totalsize(initial_boot_params),
0);
early_init_fdt_scan_reserved_mem(); // 根据dtb中的memreserve信息, 调用memblock_reserve
unflatten_device_tree(); // arch/arm/kernel/setup.c
__unflatten_device_tree(initial_boot_params, NULL, &of_root,
early_init_dt_alloc_memory_arch, false); // drivers/of/fdt.c
/* First pass, scan for size */
size = unflatten_dt_nodes(blob, NULL, dad, NULL);
/* Allocate memory for the expanded device tree */
mem = dt_alloc(size + 4, __alignof__(struct device_node));
/* Second pass, do actual unflattening */
unflatten_dt_nodes(blob, mem, dad, mynodes);
populate_node
np = unflatten_dt_alloc(mem, sizeof(struct device_node) + allocl,
__alignof__(struct device_node));
np->full_name = fn = ((char *)np) + sizeof(*np);
populate_properties
pp = unflatten_dt_alloc(mem, sizeof(struct property),
__alignof__(struct property));
pp->name = (char *)pname;
pp->length = sz;
pp->value = (__be32 *)val;
对于驱动开发者，设备树中还有一个备受关注的信息：platform_device。
dts -> dtb -> device_node -> platform_device
在上述，我们已经知道dts中的节点信息终将被转换为 device_node ,但并不是所有device_node都会被转换成platform_device，需满足：
- 根节点下含有compatile属性的子节点
- 如果一个结点的compatile属性含有这些特殊的值("simple-bus","simple-mfd","isa","arm,amba-bus")之一, 那么它的子结点(需含compatile属性)也可以转换为platform_device
i2c, spi等总线节点下的子节点, 应该交给对应的总线驱动程序来处理, 它们不应该被转换为platform_device
转换规则：
- platform_device中含有resource数组, 它来自device_node的reg, interrupts属性;
- platform_device.dev.of_node指向device_node, 可以通过它获得其他属性；
总结下：
- a. 内核函数of_platform_default_populate_init, 遍历device_node树, 生成platform_device
- b. 并非所有的device_node都会转换为platform_device
只有以下的device_node会转换:- b.1 该节点必须含有compatible属性
- b.2 根节点的子节点(节点必须含有compatible属性)
- b.3 含有特殊compatible属性的节点的子节点(子节点必须含有compatible属性):
这些特殊的compatilbe属性为: "simple-bus","simple-mfd","isa","arm,amba-bus"
示例:
比如以下的节点,
/mytest会被转换为platform_device,
因为它兼容"simple-bus", 它的子节点/mytest/mytest@0 也会被转换为platform_device
/i2c节点一般表示i2c控制器, 它会被转换为platform_device, 在内核中有对应的platform_driver;
/i2c/at24c02节点不会被转换为platform_device, 它被如何处理完全由父节点的platform_driver决定, 一般是被创建为一个i2c_client。
类似的也有/spi节点, 它一般也是用来表示SPI控制器, 它会被转换为platform_device, 在内核中有对应的platform_driver;
/spi/flash@0节点不会被转换为platform_device, 它被如何处理完全由父节点的platform_driver决定, 一般是被创建为一个spi_device。
/ {
mytest {
compatile = "mytest", "simple-bus";
mytest@0 {
compatile = "mytest_0";
};
};
i2c {
compatile = "samsung,i2c";
at24c02 {
compatile = "at24c02";
};
};
spi {
compatile = "samsung,spi";
flash@0 {
compatible = "winbond,w25q32dw";
spi-max-frequency = <25000000>;
reg = <0>;
};
};
};
函数调用过程：
a. of_platform_default_populate_init (drivers/of/platform.c) 被调用到过程:
start_kernel // init/main.c
rest_init();
pid = kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);
kernel_init
kernel_init_freeable();
do_basic_setup();
do_initcalls();
for (level = 0; level < ARRAY_SIZE(initcall_levels) - 1; level++)
do_initcall_level(level); // 比如 do_initcall_level(3)
for (fn = initcall_levels[3]; fn < initcall_levels[3+1]; fn++)
do_one_initcall(initcall_from_entry(fn)); // 就是调用"arch_initcall_sync(fn)"中定义的fn函数
b. of_platform_default_populate_init (drivers/of/platform.c) 生成platform_device的过程:
of_platform_default_populate_init
of_platform_default_populate(NULL, NULL, NULL);
of_platform_populate(NULL, of_default_bus_match_table, NULL, NULL)
for_each_child_of_node(root, child) {
rc = of_platform_bus_create(child, matches, lookup, parent, true); // 调用过程看下面
dev = of_device_alloc(np, bus_id, parent); // 根据device_node节点的属性设置platform_device的resource
if (rc) {
of_node_put(child);
break;
}
}
c. of_platform_bus_create(bus, matches, ...)的调用过程(处理bus节点生成platform_devie, 并决定是否处理它的子节点):
dev = of_platform_device_create_pdata(bus, bus_id, platform_data, parent); // 生成bus节点的platform_device结构体
if (!dev || !of_match_node(matches, bus)) // 如果bus节点的compatile属性不吻合matches成表, 就不处理它的子节点
return 0;
for_each_child_of_node(bus, child) { // 取出每一个子节点
pr_debug(" create child: %pOF\n", child);
rc = of_platform_bus_create(child, matches, lookup, &dev->dev, strict); // 处理它的子节点, of_platform_bus_create是一个递归调用
if (rc) {
of_node_put(child);
break;
}
}
d. I2C总线节点的处理过程:
/i2c节点一般表示i2c控制器, 它会被转换为platform_device, 在内核中有对应的platform_driver;
platform_driver的probe函数中会调用i2c_add_numbered_adapter:
i2c_add_numbered_adapter // drivers/i2c/i2c-core-base.c
__i2c_add_numbered_adapter
i2c_register_adapter
of_i2c_register_devices(adap); // drivers/i2c/i2c-core-of.c
for_each_available_child_of_node(bus, node) {
client = of_i2c_register_device(adap, node);
client = i2c_new_device(adap, &info); // 设备树中的i2c子节点被转换为i2c_client
}
e. SPI总线节点的处理过程:
/spi节点一般表示spi控制器, 它会被转换为platform_device, 在内核中有对应的platform_driver;
platform_driver的probe函数中会调用spi_register_master, 即spi_register_controller:
spi_register_controller // drivers/spi/spi.c
of_register_spi_devices // drivers/spi/spi.c
for_each_available_child_of_node(ctlr->dev.of_node, nc) {
spi = of_register_spi_device(ctlr, nc); // 设备树中的spi子节点被转换为spi_device
spi = spi_alloc_device(ctlr);
rc = of_spi_parse_dt(ctlr, spi, nc);
rc = spi_add_device(spi);
}
最后，便是platform_device跟platform_driver的匹配过程了，具体的过程分析可移步：
1. 驱动程序分层分离概念-总线设备驱动模型。
2. 字符设备驱动-总线设备驱动模型写法。
